考古學家的計時鍾
現在的鍾表,已經是非常普及的計時工具,它們一秒一秒的向前走著,告知人們如何作息,提醒人們珍惜時光。
考古學家們還需用另外一種“鍾表”,它的“指針”是倒著走的。考古工作者們,為了去考證遠古時期地球乃至宇宙變遷,人類乃至生物進化,社會乃至經濟發展等等的可靠年代,除了有文字史料可查以外,就要用到這一特別的計時工具了。
我們現在應用的鍾表,它的最小計時單位是秒。考古學家們所用特殊鍾表的計時單位是“千年”。
這種特殊鍾表的“指針”,怎麼會倒著走呢?它的構造又是怎樣的呢?
這種特殊鍾表,沒有擺輪或石英振蕩器,它的振動中心原件,是碳元素的一種原子碳—14。自然界中廣泛存在有碳元素,地殼中的碳酸鹽岩石(即石灰岩)等,空氣中的二氧化碳,以及植、飛、遊、走的各種生物,無不含有碳元素,而占碳原子總數約數億萬分之一的碳—14的原子,就等於植入了無形的計時計,隻要用儀器檢查一下碳—14原子的多少,它的“年齡”(以千年計)多大就不難知道了。
碳—14原子是原子核內有6個質子和8個中子的碳原子,它跟其它碳原子的化學性質完全相同,隻是它有放射性,它放出特殊射線後就變成普通的氮原子,現在的科學儀器,能夠根據測出射線的多少,得知物體內所含具有放射性原子的多少,當然,用它測定碳—14原子多少,也是輕而易舉的事。
自然界中,碳—14原子是從那裏來的呢?這就要從大氣中的二氧化碳說起。地球運行在太空中,數百萬年來,一直受著宇宙射線的衝擊,宇宙射線中大部分是具有很高能量的質子,它進入了地球的大氣層後,經過複雜變化,就會變成短暫存在的自由中子。這種自由中子,如果碰巧擊中一個氮—14(即普通氮原子,它的原子核內有7個質子和7個中子)的原子核,就會變成一個新的原子核,同時還產生一個質子。這個新的原子核裏有6個質子和8個中子,這就是碳—14原子核。這就是碳—14原子的來曆。
碳—14原子,在一定情況下一定的時間裏,又會從原子核裏放出一個電子而變成氮原子。這電子有極大的能量,以射線的形式放出,這就是碳—14原子有放射性的原因。
具有放射性的元素,都有一種特定的性質,就拿碳—14原子來說,如果有一萬個碳—14原子,它們並不是同時或雜亂無章的放出射線,而是按一定的含量和一定的時間來進行的,科學家經過測定發現了如下的規律:這一萬個碳—14原子,要經過5730年,才會有一半放出射線變成氮原子,那剩下的五千個碳—14原子中,又要經過5730年才會有五千的一半,即兩千五百個碳—14原放出射線變成氮原子。就這樣,總是在一定的5730年的時間後,碳—14原子的數目才減少掉其中的一半。科學上把5730年這一段時間叫做碳—14的半衰期。